Лекции См.Если нет в ответах. Учебное пособие для студентов специальности 140604 Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов
 Скачать 4.39 Mb.
|
|
2. Электропривод БЛ на базе АД с фазным ротором с тиристорным регулятором скольжения. В установках наземного бурения с глубиной скважин до 5000 м применяется более современный асинхронный электропривод буровой лебедки с тиристорным регулятором скольжения (АД-ТРС). В цепь ротора двигателя МЛ (рис. 9, а) включен трехфазный управляемый выпрямитель UZ, собранный по мостовой схеме, нагрузкой которого служат пусковые резисторы R1-R3, шунтируемые в процессе пуска тиристорами VS1-VS3. б)  а)  Рис. 9. Функциональная схема (а) и механические характеристики (б) асинхронного электропривода буровой лебедки с тиристорным регулятором скольжения (ТРС): СИФУ – система импульсно-фазового управления выпрямителем; СУШ – система управления шунтирующими тиристорами; ДСК – датчик скольжения. 1 – естественная характеристика; 2 – характеристика на третьей ступени пускового реостата (Rп=R3) и при полностью открытом преобразователе UZ; 3 – характеристи-ка на второй ступени пускового реостата (Rп=R2+R3); 4 – характеристика на первой ступени пускового реостата (Rп=R1+R2+R3); 5-11 – характеристики двигателя на первой ступени пускового реостата при различных значениях напряжения управления. Суммарное сопротивление пусковых резисторов выбрано из условия обеспечения стопорного момента двигателя, равного (1,51,6)Мном, при полностью открытом выпрямителе. Плавность пуска обеспечивается путем управления тиристорами выпрямителя. Плавное открытие выпрямителя UZ выводит двигатель на промежуточную частоту вращения, определяемую суммарным сопротивлением резисторов. Для дальнейшего разгона в схеме пусковых резисторов введены три шунтирующих тиристора VS1-VS3, которые включаются по сигналу, соответствующему полному открытию тиристорного выпрямителя UZ. Последний шунтирующий тиристор VS3 шунтирует резистор R3 и выводит двигатель на характеристику, близкую к естественной. Так как по окончании пуска резисторы (R1-R3) полностью зашунтированы, в установившемся режиме скольжение двигателя равно 2% вместо 7-10% , имеющих место при пуске с активно-индуктивным сопротивлением. Схема с тиристорным регулятором скольжения дает существенную экономию электроэнергии вследствие уменьшения сопротивления роторной цепи двигателя. Управление электроприводом осуществляется сельсинным командоаппаратом. Для стабилизации характеристик используется обратная связь по скорости. Система управления позволяет обеспечить регулируемый пуск двигателя с плавным нарастанием момента при нагрузке в диапазоне от нуля до максимального момента и длительную работу при пониженной скорости при нагрузке, равной половине номинального момента, а также работу в повторно-кратковременном режиме. Механические характеристики электропривода приведены на рис. 9, б. 3. Регулируемый электропривод постоянного тока буровой лебедки по схеме ТП-Д. Используемая в приводе лебедки буровых установок БУ-2500ЭП (ДЭП), БУ-6500 и морских буровых установок по схеме ТП-Д (тиристорный преобразователь – двигатель) система двухзонного подчиненного регулирования скорости с зависимым управлением током возбуждения состоит из двух каналов управления: током якоря и током возбуждения. Основная часть циклов спуска-подъема выполняется при скоростях электропривода выше номинальной, которые обеспечиваются изменением силы тока возбуждения при номинальной ЭДС якоря. Входной сигнал задания частоты вращения в ручном режиме подается от сельсинного командоаппарата, установленного на пульте бурильщика. Для автоматического поддержания постоянства мощности привода в схеме предусмотрен регулятор мощности лебедки, который управляется от датчика веса колонны бурильных труб. 4. Электропривод буровой лебедки с электромагнитными муфтами и тормозами. Для электропривода буровой лебедки с регулированием частоты вращения в небольшом диапазоне (1,5-2) находят применение электромагнитные муфты скольжения. Для расширения диапазона регулирования частоты вращения используется система автоматического регулирования тока возбуждения муфты с обратными связями. В приводе буровых установок электромагнитные муфты применяются для оперативного соединения приводного вала лебедки с двигателем, соединения двигателей с групповой трансмиссией, в качестве пусковой муфты в приводе лебедки от постоянно вращающихся двигателей (синхронных или асинхронных с короткозамкнутым ротором) и т.д. Применение электромагнитных муфт в электроприводе буровой лебедки, устраняя скачкообразное изменение момента, обеспечивает плавный и интенсивный разгон привода, значительно упрощает его систему и открывает широкие возможности внедрения в него синхронных и асинхронных с короткозамкнутым ротором двигателей. В буровой установке БУ-2500БрЭ привод буровой лебедки осуществляется синхронным двигателем СДЗБ-42-8 (450 кВт, 6 кВ, 750 об/мин). Электропривод лебедки с электромагнитными муфтами позволяет значительно повысить надежность электрооборудования, улучшить условия его эксплуатации, максимально использовать установленную мощность приводных двигателей. Кроме того, электромагнитные муфты позволяют осуществить унификацию буровых установок с дизельным и электрическим приводами, решать вопросы автоматизации управления приводом лебедки, что обеспечивает повышение производительности подъемных операций. В электроприводе лебедки электромагнитные муфты устанавливаются между приводными двигателями и трансмиссией. При производстве спускоподъемных операций приводной двигатель работает в режиме постоянного вращения на естественной характеристике. Привод лебедки пускают включением электромагнит-ной муфты путем подачи тока в обмотку возбуждения. Привод с электромагнитны-ми муфтами обеспечивает непрерывный переход от натяжения талевой системы к подъему инструмента, остановку колонны бурильных труб на заданной высоте, полную загрузку приводных двигателей и равномерное распределение нагрузки между ними при двухдвигательном приводе. У электромагнитного тормоза одна из его частей должна быть неподвижно закреплена, другая связана с валом, который необходимо затормозить. Управление тормозом осуществляется током возбуждения. Энергия торможения выделяется в виде тепла, поэтому электромагнитный тормоз необходимо интенсивно охлаждать. Механическая характеристика электромагнитного порошкового тормоза ТЭП-4500 представлена на рис. 4, в. Электромагнитный тормоз позволяет производить экстренное торможение за счет форсирования возбуждения до полной остановки при порошковых тормозах и до ползучих скоростей при индукционных тормозах. Этому способствует высокая кратность максимального момента электромагнитного тормоза (1,41,5Мт.н.). При выполнении расчета параметров тормоза основным расчетным является режим, обеспечивающий спуск КБТ номинального веса с номинальной скоростью. По этому режиму и относительной продолжительности включения ПВ (%) рассчитывают эквивалентную мощность тормоза Рт.э. в длительном режиме по формуле:  ,где nном – номинальная частота вращения валатормоза; Мт.н. – номинальный момент на валу тормоза; ПВ – продолжительность включения. Выбор параметров электромагнитного тормоза завершается проверочным расчетом его теплового режима и оценкой габаритной мощности. За основу расчета принимают метод определения эквивалентного значения рассматриваемой мощности (с учетом повторно-кратковременного режима эксплуатации тормоза). 2.4.5. Электропривод буровой лебедки в режиме спуска. Значения скорости спуска КБТ обычно составляют 2,53 м/с в осложненных условиях бурения и при спуске обсадной колонны – 0,20,5 м/с. Спуск КБТ и обсадных труб может осуществляться с помощью индивидуального приводного ЭД постоянного тока, используемого в режиме рекуперативного или динамического торможения, при постоянной мощности. Рекуперативное торможение с отдачей энергии в сеть осуществляется в случае, когда скорость двигателя оказывается выше скорости идеального холостого хода и его эдс больше приложенного напряжения. Ток меняет направление и момент становится тормозным. Динамическое торможение происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор (генераторный режим работы). При этом обмотка возбуждения подключена к сети. Энергия генератора выделяется на резисторе в виде тепла. Управление моментом и скоростью осуществляется регулированием тока возбуждения. Кроме того, в процессе спуска, при отсутствии возможности торможения приводным двигателем, могут быть использованы электромагнитные тормоза индукционного или ферропорошкового типа. К основным параметрам привода относятся максимальная и минимальная частота вращения при спуске. Мощность при торможении меньше мощности, расходуемой на подъем КБТ. Выбор скорости спуска колонны, номинального веса и закона регулирования зависит от ряда условий. Для обеспечения наибольшей производительности при спуске частоту вращения нужно принимать близкой к предельной из условия номинального нагрева двигателя. При применении системы динамического торможения следует иметь в виду, что скорость спуска обуславливает габариты и мощность резистора, включаемого в цепь обмотки якоря. Применение ЭД переменного тока в качестве электрического тормоза в серийных буровых установках не реализуется из-за усложнения схемы управления и необходимости торможения через цепную передачу. При использовании в режиме спуска КБТ индукционного тормоза ЭМТ (рис. 10) управление током возбуждения осуществляется от тиристорного преобразователя ТП. Схема управления тормозом обеспечивает свободный разгон колонны бурильных труб под действием собственного веса, автоматическое поддержание заданной установившейся скорости, интенсивное торможение КБТ при подходе к столу ротора. Необходимое значение тормозного момента в режиме замедления при подходе элеватора к роторному столу задается форсированием возбуждения с помощью сельсинного командоаппарата СК. Обратная связь по скорости осуществляется от тахогенератора BR, обратная связь по току – с добавочного сопротивления в цепи обмотки возбуждения ОВ. Структура системы управления ферропорошковым тормозом аналогична рассмотренной структуре индукционного тормоза, однако она обеспечивает дополнительную функцию пассивного регулятора подачи долота.  а) б)  Рис. 10. Функциональная схема управления током возбуждения индукционного тормоза (а) и механические характеристики (б) (на примере тормоза ЭМТ-4500): 1-4 – характеристики соответственно при токе возбуждения, равном 1; 0,75; 0,5 и 0,25 номинального тока возбуждения; I-V – то же при наличии обратной связи по скорости для различных положений командоаппарата. СИФУ – система импульсно-фазового управления; СУ – суммирующий усилитель. 2.5. Электропривод буровых насосов. 2.5.1. Общая характеристика режима работы электропривода БН и выбор мощности привода. Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном способе бурения. Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются его подача Q и напор p, развиваемый при заданной подаче. Мощность привода насоса определяется произведением Q∙p. В бурении в основном применяются поршневые насосы со сменными цилиндровыми втулками, позволяющие в определенных пределах изменять подачу насоса. В зависимости от диаметра втулки будет изменяться подача насоса, а также предельно-допустимое давление на выходе насоса, снижающееся при увеличении диаметра втулки. В начале бурения скважины давление, создаваемое насосом, невелико. По мере углубления скважины, вследствие увеличения гидравлического сопротивления труб возрастает и давление на выходе насоса, которое ограничено прочностью деталей насоса. Поэтому, начиная с определенной глубины скважины, подачу насоса необходимо ограничивать. Оптимальный режим работы насосной установки характеризуется постоянством развиваемой насосами мощности, равной номинальной Рн, то есть Рн=р·Q=const. Этому условию в координатах p-Q соответствует кривая, изображенная на рис. 11.   Рис. 11. График работы бурового насоса. Приблизиться к режиму постоянства мощности насоса при нерегулируемом приводе можно за счет применения цилиндровых втулок разного диаметра, однако мощность привода будет недоиспользована и двигатель насоса будет недогружен. Предположим, что бурение начинается в точке 1 при давлении на нагнетательном патрубке p < p5 втулкой диаметром D5. Продолжать работу втулкой диаметром D5 выше точки 2 нельзя, так как давление поднимается выше p5 (что недопустимо) и, кроме того, будет перегружен привод. Поэтому в точке 2 необходимо заменить втулку диаметром D5 на втулку диаметром D4. Тогда уменьшится подача насоса и пропорционально квадрату подачи снизится давление насоса. При замене втулки в точке 2 давление снизится скачком до давления, соответствующего точке 3. Если продолжать бурение с втулкой диаметром D4, то по мере углубления скважины давление в точке 4 достигнет p4, т.е. предельного значения, при котором необходимо заменить втулку диаметром D4 на втулку диаметром D3 и т.д. Следовательно, в случае нерегулируемого привода насосов и периодической замены втулок процесс протекает по отрезкам вертикальных прямых 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, 9-10. Увеличивая число типоразмеров втулок, можно только приблизиться к кривой pQ = const, но мощность привода будет использована не полностью. При регулируемом приводе мощность насосов и двигателей используется полнее. Таким образом, важнейшим требованием к электроприводу насоса является возможность регулирования скорости вращения двигателя. Причем скорость необходимо регулировать не менее чем на 20-30 % вниз от номинальной при бурении и до 50 % при восстановлении циркуляции раствора. Требуемый диапазон регулирования частоты вращения бурового насоса обусловлен следующими технологическими требованиями: 1. Возможностью плавного пуска бурового насоса как при отсутствии давления в нагнетательном трубопроводе, так и при противодавлении, создаваемом другим насосом. 2. Возможностью работы в большей части интервала скважины в режиме максимального давления. 3. Облегчением процесса восстановления циркуляции жидкости. 4. Возможностью снижения уровня пульсаций давления в нагнетательном трубопроводе. Мощность приводного двигателя насоса определяется по формуле:  ,где Qт – максимальная теоретическая подача; p – полное давление нагнетания при максимальной подаче;  – коэффициент подачи (0,9) ; – полный КПД насоса (0,8); – коэффициент передачи между двигателем и насосом (0,96);a – коэффициент, учитывающий возможность длительной перегрузки насоса (1,05-1,1). Номинальная мощность двигателя привода насоса выбирается из условия: Рном ≥ Р. По пусковому моменту двигатель не проверяется, т.к. запуск двигателя бурового насоса производится практически на холостом ходу. Для восстановления циркуляции промывочной жидкости в случае забивания долота разбуренной породой кратковременно на выходе насоса создается повышенное давление. Поэтому, особенно при бурении в сложных условиях, двигатель бурового насоса должен иметь достаточно высокую перегрузочную способность. Номинальная частота вращения двигателя определяется кинематикой насоса и клиноременной передачи, для существующих поршневых насосов она составляет 750 или 1000 об/мин. В отечественной практике обычно используют однодвигательный привод для буровых насосов, в зарубежной практике – двухдвигательный. Обычно для привода насоса применяют те же типы двигателей, что и для лебедки: асинхронные АКБ, АКЗ и синхронные СДЗ, СДБ, СДБО и др. В буровых установках глубокого бурения, а также в морских БУ применяют двигатели постоянного тока типов МПП, ДПЗ, ДРБ, главное достоинство которых – простота регулирования скорости в широких пределах. 2.5.2. Нерегулируемый ЭП буровых насосов. Применяются синхронные двигатели, рассчитанные для эксплуатации в неотапливаемых помещениях с нормальной средой, при температуре окружающего воздуха от -40 до + 40 0С и относительной влажности 90% при 20 0С (исполнение У2). Двигатели брызгозащишенные с влагостойкой изоляцией, с самовентиляцией; наверху корпуса двигателя смонтирован возбудитель, связанный клиноременной передачей с валом двигателя. Номинальное напряжение двигателя 6 кВ, частота вращения 750 об/мин. Двигатель снабжен грелкой для обогрева обмотки при перерывах в работе в зимнее время. Так как условия пуска двигателя бурового насоса сравнительно легкие (момент статического сопротивления на валу двигателя составляет примерно 20% от номинального момента двигателя, а время разгона составляет (3-4 сек) в схеме предусмотрен прямой пуск двигателя с наглухо подключенным возбудителем. Для повышения устойчивости двигателя насоса при снижении напряжения предусмотрено форсирование возбуждения двигателя. После восстановления напряжения сети до номинального значения форсирование возбудителя автоматически снимается. Защита двигателя от перегрузок и асинхронного режима осуществляется с помощью токовых реле. Наличие в приводе электромашинного возбудителя, имеющего щеточный контакт, приводит к снижению надежности привода. Кроме того, двигатели СДЗ, СДЗБ, СДБ не предназначены для работы в условиях холодного климата. Поэтому в последнее время начали применять бесщеточные СД серии СДБО, предназначенные как для привода бурового насоса, так и для привода буровой лебедки. Управление возбуждением возбудителя и двигателя осуществляется с помощью автоматического регулятора по заданному закону. СД не допускают частых включений и отключений, поэтому для оперативного отсоединения вала ЭД от бурового насоса используют электропорошковые муфты. Применение муфт позволяет запускать двигатель на холостом ходу, а также защищает СД от работы в асинхронном режиме при больших нагрузках или колебаниях напряжения сети. |